Hvis du ønsker å optimalisere utformingen av sentrifugalpumpehjul. Derfor er det nødvendig å avklare formålet med optimalisering: å forbedre inhalasjonsytelsen? Forbedre effektiviteten til pumpen? Juster stigningsamplituden til Q-H-kurven... og optimaliser den i henhold til spesifikke behov. Den viktigste hydrauliske komponenten som påvirker ytelsen til sentrifugalpumper er pumpehjulet, i tillegg til strømningskomponentene som spiraler/ledeskovler som er tilpasset den.
Væskemekanikk er en semi-teoretisk og semi-empirisk disiplin, og det er fortsatt mange områder som ikke kan utformes, simuleres og forutsi nøyaktig, for eksempel manglende evne til nøyaktig å simulere den sanne strømningstilstanden til væsker og deres innvirkning på pumpeytelsen under forskjellige strukturer, temperaturer og pumpemedier. Derfor kan denne artikkelen bare kort forklare hvordan man kan optimalisere impelleren til en sentrifugalpumpe for å forbedre suge- og hydraulikkytelsen fra et kvalitativt perspektiv, kombinert med erfaring. Kun for referanse.
1. Forbedre inhalasjonsytelsen
Det er to typer bøying for impellerblader: bøying fremover og bøying bakover. På grunn av dens effektivitet når det gjelder å maksimere kraften, gi væsken høy rotasjonskraft og forhindre strømningsseparasjon, bruker sentrifugalpumper vanligvis bakre buede skovlhjul.
For pumpekroppen er kavitasjonsoppførselen og sugeevnen til pumpen i stor grad påvirket av den geometriske formen og arealet til impellerinnløpet. Mange geometriske faktorer ved innløpet til løpehjulet kan påvirke kavitasjon, slik som innløps- og navdiameter, bladinnløpsvinkel og oppstrøms strømningsinnfallsvinkel, bladantall og tykkelse, bladhalsareal, overflateruhet, bladfremkantprofil osv. I tillegg er det også relatert til den ytre diameteren til løpehjulsbladene og spalten mellom ledeskovlene (for ledeskovlene) pumper).
1) Innløpsdiameter/innløpsareal til impeller
For å forbedre sugeytelsen til sentrifugalpumper oppnår designere generelt dette ved å øke innløpsdiameteren til pumpehjulet. I dag blir denne designmetoden fortsatt brukt i ingeniørdesign av sentrifugalpumper.
Når akseldiameteren er den samme og diameterklaringen ved løpehjulets munnring er den samme, jo bedre sugeytelse (jo større løpehjulsinnløpsareal, jo høyere sugespesifikk hastighetsverdi), desto større klaringsareal ved løpehjulmunningsring, noe som betyr at lekkasjemengden er større og pumpeeffektiviteten er lavere.
For metoden for å forbedre sugeytelsen ved å øke innløpsdiameteren til løpehjulet, må spesiell oppmerksomhet rettes mot:
Det er ikke tillatt å føre til at den sugespesifikke hastighetsverdien vesentlig overskrider verdiene spesifisert i relevante standarder og spesifikasjoner, ellers vil det resultere i et smalt stabilt driftsområde for pumpen.
2) Bladets forkantsform
Ved å tilfredsstille de mekaniske og produksjonsbegrensningene til bladtykkelsen på forkanten, kan bruk av en parabolsk profil forbedre pumpehjulets sugeevne. Sugeytelsen til den elliptiske konturen er nummer to, og denne formen er standard konturvalg for forkanten, siden den lett kan møte de mekaniske og produksjonsbegrensningene til bladets forkanttykkelse.
3) Krumningsradiusen til innløpsdelen av impellerdekselplaten
På grunn av sentrifugalkraften som virker på væskestrømmen ved innløpet til løpehjulet ved vendepunktet, er trykket lavt og strømningshastigheten høy nær frontdekselplaten, noe som resulterer i ujevn hastighetsfordeling ved løpehjulets innløp. En passende økning av krumningsradiusen til innløpsdelen av dekkplaten er fordelaktig for å redusere den absolutte hastigheten ved frontdekselplaten (litt foran bladinnløpet) og forbedre jevnheten i hastighetsfordelingen, redusere trykkfallet ved pumpens innløpsdel, og dermed redusere NPSHR og forbedre anti-kavitasjonsytelsen til pumpen.
4) Plassering av bladets innløpskant og formen på innløpsdelen
Innløpskanten på bladet strekker seg sideveis mot sugeporten, ved hjelp av en tilbaketrukket bladinnløpskant (innløpskanten er ikke på samme akse, og ytterkanten er forskjøvet med en viss vinkel bakover), noe som gjør at væskestrømmen på navsiden kan motta bladets virkning på forhånd og øke trykket.
Innløpskanten på bladet strekker seg fremover og vipper, noe som forårsaker forskjellige omkretshastigheter på hvert punkt. Generelt er den aksiale hastigheten fordelt omtrent jevnt langs innløpskanten, noe som resulterer i forskjellige relative strømningsvinkler ved hvert punkt på innløpskanten. For å møte denne strømningssituasjonen og redusere slagtap, bør bladinnløpet gjøres til en romlig vridd form, som er grunnen til at mange lavhastighets impellerbladinnløpsdeler også gjøres til vridde blader.
5) Bladets innløpsvinkel
Designbetingelsen vedtar en litt større positiv angrepsvinkel for å øke innløpsvinkelen til bladene, redusere bøyningen ved bladenes innløp, redusere forskyvningen av bladene, øke innløpsstrømningsarealet til bladene, og dermed forbedre sugeytelsen. Samtidig vil det også forbedre driftsmiljøet under høy trafikk for å redusere trafikktapene. Angrepsvinkelen bør imidlertid ikke være for stor, ellers vil det påvirke effektiviteten.
6) Bladets innløpstykkelse og glatthet
Reduser tykkelsen på bladinnløpet på passende måte og rund det for å gjøre det nærmere en strømlinjeformet form. Redusering av bladtykkelse utvider ikke bare arealet til pumpehjulets sugekanal, reduserer strømningshastigheten og øker trykket (formen på bladinnløpet er svært følsom for trykkfall), men forbedrer også jevnheten til impelleren og bladinnløpet, og reduserer motstandstap. Disse tiltakene er alle fordelaktige for å forbedre pumpens sugeevne.
7) Balansehull
Balansehullet på løpehjulet har en viss destruktiv effekt på hovedstrømmen som kommer inn i løpehjulet på grunn av lekkasje (arealet av balansehullet bør ikke være mindre enn 5 ganger tetningsgapets areal for å redusere lekkasjestrømningshastigheten og dermed minimere innvirkningen på hovedstrømmen). Forskning har vist at når et balansehull åpnes på løpehjulet, vil virvelintensiteten bak løpehjulet reduseres, og noen virvler kan til og med forsvinne, noe som forbedrer pumpens sugeevne.
8) Impellerens utløpsdiameter
En liten reduksjon i impellerdiameter vil bare øke NPSHR litt. Men når diameteren reduseres med 5 % til 10 %, vil NPSHR øke betydelig, fordi reduksjonen i bladlengde vil øke spesifikke bladbelastninger, og dermed påvirke hastighetsfordelingen ved innløpet til løpehjulet.
Merknader:
1) Prøv å unngå å bruke metoden for å øke innløpsarealet til løpehjulet for å forbedre sugeytelsen, og unngå å alvorlig overskride den sugespesifikke hastigheten, ellers er det lett å forårsake innløpsrefluks og utvide det ustabile driftsområdet til pumpen.
2) Forekomsten av bladkanalsyndromkavitasjon bør unngås. Denne typen kavitasjonsskader er forårsaket av det lille gapet mellom ledeskovlene (for ledeskovlepumper) eller spiralene (for spiralpumper) og den ytre diameteren til impellerbladene. Når væsken strømmer gjennom den lille kanalen, forårsaker økningen i væskehastighet en reduksjon i væsketrykk, lokal fordamping og generering av bobler, som deretter brister ved høyere trykk, noe som fører til kavitasjon.
2. Forbedre hydraulisk ytelse
Det er mange faktorer som påvirker den hydrauliske ytelsen til pumper, og hovedfaktorene som påvirker pumpehjulets hydrauliske effektivitet er ulike tap. Konkret er det:
1) Antall blader
For sentrifugalpumper kan økning av antall blad generelt forbedre væskestrømmen og øke pumpehodet på passende måte. Økning av antall blader vil imidlertid redusere strømningsarealet til kanalen, noe som fører til en økning i strømningshastighet og friksjonstap av bladene.
Derfor reduserer overdreven økning i antall blader ikke bare effektiviteten og forringer kavitasjonsytelsen til impelleren, men kan også forårsake en pukkel i pumpens ytelseskurve. I tillegg vil en økning i antall blad flate ut den oppadgående trenden til hodekarakteristikken (fra det nominelle punktet) til det kritiske dødpunktet; Tvert imot, ettersom antallet blader reduseres, blir hodets karakteristiske kurve brattere. Vanligvis velges 5-7 blader for sentrifugalpumpehjul med et stort antall blader.
2) Lange og korte blader
Forskning har vist at enhver kombinasjon av korte og lange blader i et pumpehjul vil være fordelaktig for å forbedre pumpeeffektiviteten, siden det effektivt kan forhindre utvikling av våkenstrøm forårsaket av ujevn hastighetsfordeling nær impellerinnløpet.
3) Vridde blader
Eksperimenter har vist at pumper med vridde skovler har høyere effektivitet nær designdriftspunktet og i områder med høy strømning sammenlignet med pumper med buede skovler. Samtidig har pumper med vridd blader en høyere fallhøyde på det kritiske punktet enn de med buede blader (noe som kan endre den oppadgående trenden til hodekarakteristikken på det kritiske punktet, spesielt for sentrifugalpumper med lav spesifikk hastighet, som effektivt kan forbedre/eliminere pukler).
4) Impellerens utløpsdiameter
API 610-standarden tillater ikke pumper å nå maksimal impellerdiameter og krever kutting av impelleren for å møte den nødvendige ytelsen til pumpen. Hvis pumpeutvalget er for stort, er kutting av impelleren en relativt økonomisk og effektiv metode for å redusere trykket og strømmen som genereres. Selv om det er mer effektivt å kutte løpehjulet enn å bruke en strupeventil for å møte de nødvendige driftsforholdene, er effektiviteten vanligvis lavere enn for et løpehjul i full-størrelse fordi løpehjulsbladene er forkortet og gapet mellom løpehjulsbladene og pumpehuset øker.
For løpehjul med radialstrøm bør ikke deres diameter reduseres til mer enn 70 % av maksimal designdiameter. Reduksjonen av pumpehjuldiameteren vil også endre utløpskanalens bredde, bladutløpsvinkel og bladlengde. Jo mer impellerdiameteren avtar fra den maksimale diameteren, desto mer vil pumpeeffektiviteten reduseres med kuttingen av impelleren, og det høyeste effektivitetspunktet vil skifte mot lavere strømningshastigheter.
3. Påvirkning av andre parametere på pumpens ytelse
1) Bladbredde på impeller
Når bladbredden øker, synker væsketrykket, slik at hodet vil avta med økningen av impellerbladbredden; Effekten av bladbredde på effektiviteten til det optimale effektivitetspunktet er vanligvis ikke signifikant (ettersom bladbredden øker, kan effektiviteten til det optimale effektivitetspunktet øke litt), men sonen med høy-effektivitet vil skifte mot lavere strømningshastigheter når bladbredden reduseres. Effekten av virkningsgrad er mer betydelig ved større volumetriske strømningshastigheter, med andre ord, ettersom bladbredden øker, reduseres effektivitetskurven raskt til høyre for det optimale effektivitetspunktet.
2) Vinkel på løpehjulets utløpsblad
Jo større utløpsbladvinkelen er, desto høyere er hodet ved en gitt hastighet, men på bekostning av lavere effektivitet og slitasjeytelse. Den nedre utløpsbladvinkelen øker effektiviteten og bladlengden, men på bekostning av å redusere hodet. Derfor må eksportbladvinkelen vanligvis optimaliseres for å oppnå en balanse mellom disse faktorene. Hodet øker med økningen av utløpsbladets vinkel, noe som kan forklares med økningen i utløpets tverrsnittsstørrelse i forhold til den økte utløpsbladets vinkel, noe som resulterer i en reduksjon i væsketrykkfallet i strømningskanalen mellom bladene.
Studien antyder at den maksimale effektivitetsverdien avtar med økningen av utløpsbladets vinkel. Når utløpsbladvinkelen er liten, vil effektiviteten til pumpen på høyre side av det høyeste effektivitetspunktet raskt avta.
3) Splitterblad for impellerutløp
Å legge til splitterblader på utløpssiden av pumpehjulet vil øke pumpens hode og hydrauliske effektivitet, og økningen i fallhøyde og effektivitet vil bli større ettersom lengden på splitterbladene øker. Lengden på splitterbladene overstiger vanligvis ikke 0,5 ganger den opprinnelige bladlengden, avhengig av størrelsen på løpehjulet, formen på bladene og antall blader.
4) Trimming av impellerbladets utløpskant
Sliping av baksiden av løpehjulets utløpsblad utvider strømningskanalområdet til løpehjulets utløp, og øker dermed strømningshastigheten til løpehjulet. Etter hvert som utløpskanalområdet utvider seg, vil løftehøyden også øke, og det optimale effektivitetspunktet til pumpen vil skifte mot høystrømssiden.
